文摘
脂肪干细胞(ADSCs)可以保持自我更新和增强multidifferentiation可能通过释放各种旁分泌因子和细胞外囊泡,使他们能够修复受损的器官和组织。因此,相当多的已经越来越注意他们的应用在组织工程和再生器官。在这里,我们提供一个全面的概述ADSC的当前状态的准备,包括收集、隔离和标识。进展的临床前和临床循证ADSC治疗骨骼、软骨、心肌、肝脏和神经系统再生以及皮肤伤口愈合也进行了总结。值得注意的是,角度,潜在的挑战,以及ADSC-related研究未来的发展方向进行了讨论。我们希望本文能够提供全面的安全有效应用和标准化指南ADSCs实现可预测的和预期的治疗效果。
1。介绍
器官或组织移植是一个终端患者首选治疗方案的器官或组织失败。数据的回顾性研究25年时间使用器官共享联合网络数据库,器官移植是关联到一个重要的生存利益,节省超过2270859所(1]。然而,世界卫生组织估计,只有10%的全球需要器官和组织移植可以满意2]。组织和器官供应不足仍然是一个重大的公共卫生挑战。干细胞是特别有用的器官和组织重建、丰富,可以通过微创的方法,收获可以被诱导分化成多种细胞谱系,并可以基于良好生产制造实践指南(3]。干细胞的应用已成为一种补偿缺乏组织或器官的可用性和导致了量子飞跃在再生医学(4]。
ESCs候选人干细胞包括胚胎干细胞(),诱导多能干细胞(万能),和成人干细胞,如间充质基质细胞(msc) [5]。ESCs的使用创造了伦理问题,也可以引起免疫反应。除此之外,则避免道德问题和免疫反应,但细胞制备方法相对复杂和耗时的6]。尽管msc可以找到在不同组织,骨骨髓来源间充质干细胞(BM-MSCs)和脂肪中提取干细胞(ADSCs)的主题更全面、深入的研究(7]。在BM-MSCs ADSCs有几个优势。一方面,更高收益率的ADSCs可以很容易地获得皮下地区通过微创无痛的过程;此外,ADSCs可以维持他们的表型长在文化、展示一个更大的增殖能力(8),也可能是更适合比BM-MSCs(同种异体的移植9]。此外,ADSCs可以分化成三个发育生殖细胞层(内胚层、中胚层和外胚层),包括脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、神经细胞、肝细胞(10,11]。这些优势使ADSCs是最具吸引力的来源再生医学的msc。与此同时,目前,临床方法涉及ADSCs逐渐增加。
ADSCs的有效利用在不同类型的组织的再生,最近的研究进展对于使用这些干细胞在组织工程领域必须评估。最重要的是,不同的ADSC收割方法可以影响细胞的基本性质,如增殖和凋亡能力的能力12]。基因表达模式和特定的胚层分化的倾向也会影响收获方法(13]。此外,由于单层膜不能模仿细胞和细胞外基质(ECM)之间的相互作用,ADSCs扩大作为二维(2 d)单层失去增殖能力,区分,形成殖民地几个段落(14]。与2 d环境相比,3 d文化提高ADSC成骨分化,增加基质矿化,提高ADSC可行性在扩散(15]。
重点关注领域的组织工程维护ADSC体内平衡的微环境。三维支架结构通常由多孔、生物相容性和生物可降解的材料,提供合适的微环境刺激细胞生长和功能(16]。支架的孔隙率和孔尺寸对其功能有直接影响,包括大众运输所需的氧气和重要的营养干细胞增殖,分化和迁移17,18]。除了上述因素外,各种细胞因子也可以提高ADSCs的增殖和迁移能力,以及促进其分化(19]。在缺血性环境下,细胞因子在ADSC-mediated发挥至关重要的作用促进血液供应的恢复和伤口愈合通过诱导血管生成(20.]。细胞因子在炎症环境中,这些额外的影响可以增强血管生成和抗炎因子的分泌ADSCs [21]。
最近的评论相关领域没有突出或ADSCs的详细制备的最优方法,应用程序的最新进展ADSCs各器官,或者肿瘤侵袭性的潜在风险与ADSC-cancer细胞相互作用[22]。以下部分阐明了方法获取,隔离,保护,和识别ADSCs。此外,我们讨论了小说的临床用途ADSCs再生疗法,包括骨再生,软骨修复,重建神经系统,肝脏再生,心肌修复,皮肤再生(计划1)。当前挑战的使用ADSCs在再生医学领域为其临床应用提供方向进行了总结。
2。制备ADSCs
的丰富来源ADSCs是一个重要的基础广泛的调查和再生医学中的应用。ADSC应用程序的这些细胞皮下脂肪组织获得的愿望,吸脂手术或切除。然后,使用最广泛的方法来隔离ADSCs从获得的片段依赖于胶原酶消化,其次是离心。最后,孤立ADSCs流落在常规培养条件和区别于其他细胞,流式细胞仪(图1)。
2.1。收获的ADSCs
当前的方法获取ADSCs包括愿望,抽脂,直接切除。科尔曼的愿望技术是目前最常用的脂肪组织的方法,这依赖于轻微的用一个注射器负压。此外,负压(< 250毫米汞柱)liposuction-related方法通过电动机可以收获一大体积脂肪组织。Liposuction-related方法包括传统的ultrasound-assisted抽脂,助力的抽脂手术,激光辅助。和直接切除可以收获一块脂肪组织,和获得的片段需要剁成小颗粒用手术刀片(23]。
ADSCs的产量和性能可能有所不同根据多个变量,如收割方法,脂肪组织得宝,医学并存病的病人,身体质量指数(BMI),和年龄。有证据表明,收获脂肪组织的愿望部分的浓度ADSCs与切除(收获相比24]。可行的产量和生物学特性ADSCs通过切除与那些通过抽脂相比显著提高(25]。基因表达模式和倾向分化成特定的微生物层也可以收获方法的影响。ADSCs收集通过直接切除往往向中胚层和外胚层的分化,而获得的抽脂术更有可能分化为内胚层[13]。
收集的位置也会影响ADSCs的产量和分化能力。有一些证据表明,大腿提供了更好的产量ADSCs比腹部,腰,膝盖和内在(26]。相比之下,没有显著差异在供体细胞生存能力的地区。ADSC收益率和分化潜能也据报道在皮下组织高于内脏仓库(27]。此外,ADSCs的分化能力还取决于供体的特点,如年龄、性别、和代谢指数。年龄较大,高BMI(> 30公斤/米2)、患有糖尿病或暴露于放射治疗和内分泌治疗将减少ADSCs[的增殖和分化潜能28]。然而,这还需要进一步的研究来确定在体外和在活的有机体内结果转化为临床显著差异。
2.2。隔离和ADSCs文化
最广泛使用的方法隔离ADSCs首次提出了祖克和他的同事们(29日]。这种方法涉及到广泛的洗涤与磷酸盐(PBS)和消化lipoaspirate 0.075%胶原酶释放基质血管分数(SVF)的细胞。SVF孵化是在中一夜之间在37°C在大气中5%的股份有限公司2经过一系列的洗涤和离心步骤。孵化后,这些板块都广泛用PBS洗净去除残留,不依从红细胞。由此产生的细胞被认为是ADSCs。
胶原酶消化仍然是黄金标准在当前方法用于孤立ADSCs,虽然其他酶,如胰蛋白酶、clostripain, dispase,也可以使用30.]。最近的一项研究表明,尽管trypsin-digested和collagenase-digested ADSCs呈现相似的脂肪形成的分化和增殖能力,trypsin-treated细胞的成骨分化潜能是7倍高(31日]。尽管上述方法的广泛使用孤立ADSCs,酶digestion-based方法有许多缺点。使用酶可能改变或破坏细胞生存能力和表面抗原,这可能减少ADSC再生潜力(32,33),而问号仍对残余酶活动是否会影响安全。因此,越来越多的研究探索经济enzyme-free ADSC隔离的方法,包括新的机械方法(34,35]或技术,不依赖酶活性或离心36]。
虽然ADSC文化方法可以不同实验室,一个典型的培养条件由单层细胞培养有10%胎牛血清(的边后卫)和1%的抗生素在37°C和5%的有限公司2(37]。虽然有效,但使用的边后卫在细胞培养过程是高度不监管机构由于异种的传染性病原体的传播的潜在风险和免疫(38]。许多研究者提出替代协议,如使用人类血小板溶解产物(39),这显示了等价的结果与典型FBS-related方法。此外,富含血小板血浆(PRP)也提供了一个有效的替代补充ADSC扩散(40]。Atashi等人研究了自体的能力未激活的PRP (nPRP)或thrombin-activated PRP (tPRP) ADSC扩散的边后卫比例为10%。最终结果显示,nPRP拥有强大proliferation-promoting效果比的边后卫或tPRP不改变ADSC表型和染色体状态。
2.3。识别ADSCs
ADSC的存在特征通常是评估通过流仪分析细胞表面标记(37],被国际社会公认为细胞治疗(ISCT)和脂肪治疗和科学国际联合会(IFATS)指定三个最小的标准定义ADSCs:(1)细胞必须plastic-adherent;(2)他们必须表达CD73 CD90、CD105和缺乏CD14的表达,CD11b、CD45、CD19, CD79,和人类白细胞antigen-DR (HLA-DR);(3)他们必须有可能分化成preadipocytes,软骨细胞和成骨细胞37]。ISCT还提议,msc应该缺乏表达CD117、CD14, CD11b、CD34、CD45、CD19, CD79;然而,明确标记,能有效区分ADSCs仍有争议(41)(表1)。大量研究证实,ADSCs可以表达CD34 (42]。早期与晚期通道ADSCs相比,通过细胞表达高水平的CD117, HLA-DR, CD34 (43]。虽然有一些差异隔离和文化过程,在实验室immunophenotype保持一致。的immunophenotype ADSCs BM-MSCs > 90%相同的(44]。类似BM-MSCs ADSCs显示一致的积极表达乙肝表面抗原标记CD90 CD73 CD105, CD44,但负面CD45和CD31 [45]。流仪分析表明ADSCs表达CD13、CD29, CD34, CD36, CD49d, CD73, CD133 (46]。更具体地说,BM-MSCs缺乏CD34的表达和CD49d,只有ADSCs表达这些标记(47]。
此外,多个ADSCs分化的探测和识别是必要的。chondrogenic成骨的,和去ADSCs高山分析可以发现,油红染色、呕吐分析(48,49]。实时PCR试验也可能是有用的检测neuron-like细胞,肝细胞,分化和细胞衍生的ADSCs [50]。ADSCs的非凡的特点赋予其相当大的潜在的用于组织工程和再生医学。然而,标准定义的收获和加工技术还有待建立。更广泛的研究需要设定一个标准协议,这将为脂肪组织工程的发展做出重大贡献。
2.4。由ADSCs旁分泌分泌
许多研究总结了分泌ADSCs概要文件,评估使用酶联免疫吸附试验或相关技术。proangiogenic和心血管效应ADSCs归因于生长因子的生产,包括纤维母细胞生长因子2 (FGF-2)、血管内皮生长因子(VEGF)、肝细胞生长因子(HGF)和胰岛素样生长因子1 (igf - 1)51]。基质金属蛋白酶- 3 (MMP)和MMP-9表达ADSCs和至关重要的更高proangiogenic活动中观察到ADSCs相比与BM-MSCs [52]。因此,如果ADSCs暴露于一个焦点的炎症或缺血性损伤,他们会分泌生长因子和细胞因子,促进愈合和组织再生。ADSCs还会分泌高水平的因素有一个重要的角色在神经保护和分化,如脑源性神经营养因子(BDNF)、神经生长因子(神经生长因子),glial-derived神经营养因子(GDNF) [53]。的免疫系统,有大量的证据表明,前列腺素E2 (PGE2)部分监管ADSCs的免疫调节特性。炎症刺激,ADSCs可以增加血管生成等因素的生产VEGF, HGF, igf - 1以及造血/炎症的因素,如巨噬细胞集落刺激因子(csf)、粒细胞集落刺激因子(g - csf)、白介素- 6 (IL),肿瘤坏死因子(TNF) [54]。这些发现表明ADSCs和BM-MSCs都可以抑制免疫反应抑制外周血单核细胞增殖和分化不成熟monocyte-derived树突细胞。然而,高水平的细胞因子分泌ADSCs诱导干细胞增加免疫调节因子的释放55如il - 10, PGE2、galectin-1 galectin-3。研究表明,PGE2和il - 1056)可以抑制树突状细胞的成熟和辅助T细胞活化后,从而限制炎症,而转化生长因子(TGF -β)可以加速辅助T细胞的成熟分化成T调节细胞(57]。
3所示。基于ADSCs再生医学
3.1。骨再生
骨组织工程(耳背式)是整形外科手术修复的最佳治疗方法临界大小的骨缺陷和改善病人的生活质量高能创伤后,畸形,骨髓炎,肿瘤切除。Osteoprogenitor种子细胞,结合适当的支架和生物活性因子,耳背式是至关重要的。ADSC-based骨再生策略被广泛用作ADSCs可以分化成成骨细胞。在这项研究中,免疫组织化学分析提出了新的immune-positive骨组织和骨骨小梁的羟基磷灰石(HAP)组和HAP + ADSC组(图2(一个))。同时,残留引起的缩进nanoindentation测试在50 mN的最大力量是清晰可见(图2 (b))。此外,ADSC-seeded脚手架构造被发现更硬,比不结果实的支架(图2 (c))[58]。
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为了确保ADSC-based治疗对骨再生的功效,应该高度重视的相关因素。首先,ADSCs的亚种群可能影响成骨性能,如周和周皮细胞,可以改善血管生成和成骨分化能力。一些作者定义CD146 + CD34 - CD45的周和CD146 CD34 + CD45 -外膜细胞;这些细胞分离出多个器官,包括脂肪组织,具有分化为成骨细胞的能力和显示协同作用促进骨愈合(59]。在他们的试验中,排序的周与无序相比更骨细胞形成的。
骨再生还包括ADSCs和生物因素之间的复杂的相互作用。生物活性因子和取向程度的浓度与分化相关的介质会影响ADSCs[的成骨的潜力60]。ADSCs释放生长因子,促进血管生成和促进骨形成,包括PDGF、VEGF、MMP FGF-2,和骨形态发生蛋白- 2 (BMP) (61年]。最近,柳井正等人表明BMP-2可以增强的表达水平通过增加细胞外钙离子浓度;增加激活calcium-sensing受体(CaSR),导致临时增加细胞内钙离子浓度和钙的刺激/ calmodulin-dependent核转录因子的激活T细胞信号通路(62年]。另一项研究报道,microrna - 375促进ADSC成骨分化通过Yes-associated蛋白质1 / DEP域包含交互mTOR /蛋白激酶B (YAP1 / DEPTOR / AKT)监管网络(48]。此外,感应介质(抗坏血酸和地塞米松)也影响成骨与血管生成因素的生产(63年]。
理想的骨移植替代物,脚手架必须可生物降解和生物相容性,表现出强大的论述属性。迄今为止,ADSCs曾耳背式使用几种类型的有机或无机支架,包括脱细胞矩阵、陶瓷(如偶然,磷酸三钙,coralline-derived HAP,钙硫酸盐、玻璃陶瓷、钙磷酸盐水泥、和生物玻璃),合成聚合物和混合支架(如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)共聚物聚(乳酸acid-co-glycolic酸)(PLGA)和聚已酸内酯(PCL)),和天然聚合物(如纤维蛋白、胶原、明胶和丝绸)(64年]。不同的支架有不同的优点和缺点。合成聚合物的组成可以控制,从而减少风险的毒性、免疫原性和感染的支持。然而,疏水性的合成支架可导致细胞粘附和渗透的问题65年,66年]。陶瓷展览综合分析属性和在一定条件下可以直接绑定到骨头(67年]。然而,由于他们的缓慢降解率和机械强度较低,不适合单独使用作为一个加载支架(68年,69年]。混合支架是由有机和无机材料可以逐渐降低而不产生有毒的副产品。获得多个类型的结构功能与适当的机械和热性能以及结构稳定性(70年]。玛等人报道,多孔羟基磷灰石/胶原复合生物材料有良好的论述属性和展示良好的生物相容性71年]。
机械支持的类型也会影响成骨的潜力。最佳的孔隙中扮演着重要的角色在指导细胞成长为所需的物质形态和支持向内生长的血管化的组织(72年]。值得注意的是,总孔隙度和骨表面积的主要因素是必须被控制。孔隙直径150毫米的改善内皮细胞功能,可以通过促进细胞粘附和迁移,细胞增殖,增加和增强表达platelet-endothelial细胞粘附分子(PECAMs)和VEGF (73年]。典型的90%的孔隙度和孔隙大小至少100毫米已知细胞渗透是必要的和适当的血管化的骨组织。支架的机械性能也受到刚度的影响。Nii等人用聚(乙二醇)丙烯酸平台文化ADSCs制成并检查矿化和骨钙素基因表达,发现中间刚度和低纤连蛋白的浓度可能会增加骨钙素基因表达了130倍(74年]。
基于在体外实验和临床前研究,ADSCs促进骨再生的能力已在临床研究中得到了验证。病例报告描述创伤后的修复颅顶的缺陷在一个七岁的孩子是第一个使用自体ADSCs临床研究将发表在ADSC-repaired骨缺陷。由于有限的可用自体松质骨髂嵴,ADSCs道到颅顶的缺陷。术后当然得平淡无奇,电脑断层扫描显示新骨形成和几乎完全重建后颅顶的连续3个月(75年]。目前临床ADSC疗法为颅面骨再生了有前景的结果(76年,77年和孤独的骨缺损78年]。虽然在体外实验、临床前试验和临床研究已经证实ADSCs的成骨分化能力,进一步的调查仍需要标准化的程序使用ADSCs骨再生。
3.2。软骨再生
软骨损伤是全球残疾的主要原因由于软骨组织的自我修复能力较差(79年]。目前,临床上应用软骨修复方法包括微裂缝(80年),软骨下钻孔(81年],自体软骨细胞移植(82年];然而,有限的可用性和实质性的施主能级相关发病率限制他们的应用程序83年]。ADSC-based软骨组织工程的出现得到了特别的关注。CD146不是特定的ADSC的亚种成骨的标记;事实上,有证据表明CD146 +的子集ADSCs也chondrogenic分化潜力,以及inflammation-modulating属性(数据3(一个)- - - - - -3 (c))[84年]。有趣的是,CD146-negative子集也有一个类似软骨分化能力(85年]。cell-biomaterial相关结构间建立表面受体和粘附分子材料表面增强ADSCs chondrogenic分化成关节软骨细胞(86年]。另一方面,CD73的表达,CD90、CD105、CD106标记也是必要的ADSC分化成软骨(87年]。
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除了ADSCs的特定人群的使用,提高软骨形成生物因素也是必不可少的。在体外研究已经证明,ADSCs可以分化成软骨细胞培养时与igf - 1、TGF -β或BMP,这些软骨细胞表达II型胶原蛋白一样成熟软骨细胞(49,88年,89年]。几个TGF -β成员如TGF -β1、2和3是具有好的chondrogenic分化潜能(90年]。一个包含结合TGF -感应介质β3和BMP-6显示比包含TGF - chondrogenic潜力β3人(91年]。此外,L-ascorbic酸和PRP能保持ADSCs的生存和改善他们的预期chondrogenic函数当在一个适当的浓度(92年]。目前的研究集中在PRP在细胞分化和增殖的效果它包含高浓度的PDGF, TGF -β,IGF、VEGF和表皮生长因子(93年]。TGF -β积极调节chondrogenesis-related基因的转录,包括SRY-box转录因子9 (SOX9),通过SMAD磷酸化(94年]。SOX9蛋白,最早的chondrogenic标记,对胶原蛋白II型的表达至关重要(95年]。廖等人发现的超表达SOX9增强BMP2-induced chondrogenic分化和抑制了msc的成骨分化96年]。
骨关节炎(OA)是一种进行性退化性关节疾病,其特征是关节软骨的恶化和病理变化在相邻的软骨下骨97年]。当前常规治疗(物理治疗,氨基葡萄糖、硫酸软骨素的补充,关节镜手术)或手术治疗(磨损关节成形术、软骨下钻孔和微裂缝)旨在缓解疼痛,增强关节功能;然而,他们受限于低功效[98年),关节内的(IA)注入ADSCs修复受损软骨有潜力作为一个合适的选择。最近,Spasovski等人认为,拟议的IA注入剂量的ADSCs可能是一个安全、高效的用于治疗骨关节炎的方法。在6个月随访期间,他们发现后临床症状改善了IA注入ADSCs [99年]。
尽管IA的显著临床疗效,ADSC注射的剂量和时间是很重要的。在一项研究中,旨在评估的安全性和治疗潜在的人类自体脂肪间充质干细胞在骨关节炎患者,18例膝关节骨关节炎患者登记分为三个剂量组:低剂量( 细胞),middose ( ),和高剂量( );临床表现、影像学和组织学参数与96周的随访评估。高剂量组表现出更好的缓解疼痛,改善膝关节功能比其他两组(One hundred.]。几项研究已经表明,ADSCs的抑制作用是影响办公自动化阶段。在小鼠模型中,一个单一的注入ADSCs OA的膝盖在早期阶段可以抑制滑膜增厚,形成enthesophytes与韧带,和软骨破坏。然而,没有观察到的效应在疾病的后期阶段101年]。此外,注射肿胀关节经常观察和被认为是与ADSCs[的存活率102年]。直接注入细胞通常具有有限的细胞保留和存活率,特别是在大的软骨损伤。Koh和他的同事报道,ADSCs播种在支架可能有更好的生存能力,保存,和聚合(103年]。改善这个过程的有效性,以及舒适的病人,适当cell-loaded支架应制定治疗软骨缺损患者。
ADSCs加载是一个关键的3 d结构促进关节软骨的复苏,以及材料、支架的孔隙大小和刚度都必须考虑。天然材料应该支持细胞粘附和表现出增强的机械支持和生物降解性104年]。I型胶原蛋白是一个适当的支架,因为它低炎症反应也具有良好的细胞相容性。最近的调查结果突显出,三维胶原支架文化结合PDGF和胰岛素促进ADSCs chondrogenic分化的105年]。研究已经证实,hydrogel-based脚手架系统还允许创建优质工程软骨的但可能出现劣质的机械性能(106年]。与合成材料替代天然支架允许人工调整结构的孔隙大小和刚度。基于上述特点,阴等人得出的结论是,TGF -β1-immobilized PLGA-gelatin支架与ADSCs播种大大增强组织工程软骨的质量(107年]。对软骨形成支架孔隙大小的影响也应考虑。干细胞的增殖和chondrogenic分化影响支架孔隙度(108年]。支架与较小的孔隙大小(90 - 250年μ米)更适合保护细胞粘附和增殖,也允许对胶原蛋白的表达水平较高,aggrecan, II型胶原蛋白(109年]。
有时,膝盖受伤的原因可能是半月板缺损,半月板和退化导致不稳定和低水平的营养供应软骨。关节内注射干细胞能促进半月板再生,和不成熟的半月板会保护软骨110年]。总之,重要的是要建立一个治疗规范和提供合适的、特定的解决方案。
3.3。神经系统再生
研究表明,ADSCs能分化成神经元,内皮细胞和雪旺细胞111年),表现出更高水平的神经标记表达式和更快的比其他干细胞增殖率(112年]。的神经分化ADSCs涉及复杂的监管网络。ADSCs释放一系列的神经营养因子,包括神经生长因子、脑源性神经营养因子,GDNF、FGF,和igf - 1,这是至关重要的愈合和再生受损的神经(113年,114年]。血管化也是一个关键的角色在神经治疗,维持细胞生存、促进细胞增殖(115年]。此外,ADSCs还调节凋亡功能(116年]。
控制炎症反应可以被认为是另一个元素在神经修复。肿瘤坏死因子α刺激gene-6 (TSG-6)是一个组件的负反馈回路由ADSCs分泌117年]。它可以减少信号常驻巨噬细胞,从而调节促炎细胞因子的级联。越来越多的证据证实ADSCs重建的治疗潜力中枢神经系统和周围神经系统。
3.4。中枢神经系统(CNS)再生
几个SCI和创伤性脑损伤的动物模型已经开发评估ADSC-based治疗的疗效和安全性。主要急性损伤结果主要来自直接外力作用在大脑,随着时间的推移而发生继发损伤通过一连串的生化激活导致神经炎症和神经退行性变的;后者也与亚急性和慢性阶段相关的主要机制(118年]。目前治疗创伤性脑损伤的主要侧重于抑制二次侮辱。许等人发现ADSCs可以调节TBI-induced神经炎症和随后的二次伤害增加的比率M2(消炎)M1(促炎)小胶质细胞(图4(一))。M1-related的促炎细胞因子il - 6和TNF M2-related抗炎细胞因子TGF -β并相应地TSG-6改变了(数字4 (b)和4 (c))[119年]。此外,ADSC-derived液可以抑制小胶质细胞的激活表达下调核因子kappa-B和增殖蛋白激酶(MAPK)通路,还可以减少细胞毒性与活化的小胶质细胞(120年]。神经元变性和血管损伤后创伤伤口可以诱发炎症,其次是神经元和少突胶质细胞的损失。因此,控制损伤后的炎症反应可能有潜在的治疗选择(121年]。阴和同事播种ADSCs非细胞脊髓支架和证明这个模型增强在脊髓功能恢复人老鼠通过促进轴突再生和减少反应性胶质增生(122年]。进行多学科的临床试验也带来了积极的结果(123年]。在这个实验中,ADSCs鞘内注射L3-4级别。主观(物理治疗,职业治疗报告)和目标(国际脊髓损伤的神经系统分类标准分数)显示了不同程度的改进措施。神经系统疾病,如肌萎缩性脊髓侧索硬化症(124年),阿尔茨海默病(AD) [125年],亨廷顿氏舞蹈症[126年),和帕金森病(PD)127年)的治疗疗效ADSCs被确认在某些动物和细胞模型。许多临床试验正在进行中,以测试ADSC-based治疗的有效性和安全性在AD和PD患者(ClinicalTrials.gov标识符:NCT03117738和NCT02184546)。
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3.5。周围神经系统(pn)再生
周围神经损伤(句)是一个复杂的、多因子的紊乱有不同程度的。在周围神经修复期间,雪旺细胞促进轴突再生的主要因素在远端神经树桩128年]。最近的研究报道,ADSCs可以分化成雪旺细胞和促进本地许旺细胞活动(129年]。桥神经缺陷,科学家们集中在神经管道和非细胞神经移植与ADSCs相结合。管道支架,管最初是由硅;然而,高度生物相容性材料,如自体静脉神经导管,同种异体,PGA, PCL,和胶原蛋白,现在用于管(130年]。PGA-collagen管道检测在15毫米差距模型比较再生神经的影响渠道结合或不ADSCs和切除神经131年]。解放军管道和细胞疗法ADSCs导致更好的功能和形态复苏后坐骨神经横断。神经ADSC实验组显示更多的有髓纤维和更好的组织机构,明确的神经束与杜尔贝科的修改鹰的介质(DMEM)实验组(数字5(一)-5(f))。有髓纤维的总数也显著大于ADSCs和正常组的价格相比DMEM组(图5(g))。同时,轴突面积的定量形态学分析,纤维,髓鞘面积,和g比再生坐骨神经没有显示显著差异实验组(数字5(h) -5(j)) (132年]。然而,到目前为止,实验都是用小动物进行的,和未来的评估将不可避免地必须包括大型动物允许向临床应用进展。
3.6。心肌再生
心血管疾病(CVD)是全球死亡的主要原因,可能会导致在关键区域缺血,心肌坏死。缺血性心脏病,特别是心肌梗死(MI),是一个典型的类型的心血管疾病,可引起心脏衰竭(133年]。ADSC疗法被广泛调查作为一个潜在的治疗心肌梗死的临床前和临床试验。ADSCs在心血管疾病的治疗应用的机制可以分为三类:ADSCs分化成心肌细胞(134年];提供大量的凋亡、血管生成和抗炎因子(135年,136年];和预防不良心脏重构通过抑制心肌纤维化(137年]。迄今为止,四个不同的移植methods-intramyocardial注射,静脉注射,冠脉内注射,细胞喷雾transplantation-have深入调查。尽管静脉注射的效果是影响肺初步的效果,该方法显示出有益的影响减少梗塞大小和增强心脏功能和血管形成138年]。左心室(LV)收缩功能,肌内注射和冠脉内注射展示一个有前途的能力改善左心室射血分数(LVEF) [139年]。Bobi等人报道,冠脉内注射抑制细胞凋亡的心肌梗塞,但没有显著改变LVEF (140年]。干细胞移植喷明显减左心室重构和增强血管密度梗塞边境地区(141年]。
ADSC注入到心肌梗塞的功效仍受限于生存和保持低利率。之前已有无数人尝试使用预处理和工程策略来克服这些障碍。郭等人发现resistin-treated ADSCs静脉注入小鼠心肌缺血明显改善了LVEF,减轻纤维化,减少心肌细胞凋亡142年]。同样的效果被发现与褪黑素预处理[143年]。工程ADSCs增强记忆力、增加血管生成,减少纤维化的程度,减少梗塞大小。与ADSCs相比,转谷氨酰胺酶交联明胶(Col-T凝胶)结合ADSCs明显减少心肌纤维化面积的大小(数字6(一)和6 (b))。T gel-ADSCs显著增加在4周后LVEF MI。此外,T gel-ADSCs显著降低左心室收缩末期直径(LVESD),而不是左心室舒张末期内径(LVEDD),在MI与PBS相比治疗后4周(图6 (c))[144年]。此外,脱细胞细胞外基质为ADSCs创造了一个有利的微环境在梗塞面积,减少纤维化和提高LVEF (145年]。基因改造,可以用来提高分泌基质细胞衍生因子1 (SDF-1), igf - 1, VEGF, HGF, FGF-2,在心脏再生进行了广泛的调查。这种方法与减少心肌细胞凋亡和增强血管生成(146年,147年]。
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获得令人信服的证据在临床前ADSC移植研究MI促使几个临床试验。阿波罗的审判是一个随机、双盲、安慰剂对照、I / II期研究(NCT00442806)测试使用的可行性ADSC移植治疗STEMI [148年]。结果表明,ADSC输液可以改善心脏功能和灌注缺陷,伴随着心肌疤痕形成减少了50%。雅典娜试验我NCT01556022)和二世(NCT02052427)关注评估心肌内的ADSC移植。在这个实验中,ADSC治疗提升显著增加在明尼苏达心力衰竭问卷(MLHFQ)和SF-36分数,而心脏衰竭和心绞痛的症状也有所改善。然而,没有发现显著变化在超声心动图LVEF或LV卷。还需要进一步的详细和全面的临床试验来获得更精确和准确的效益在延缓心室重构和心力衰竭的发展。
3.7。肝再生
急性肝功能衰竭(ALF)和慢性肝脏疾病主要是由接触病毒感染等因素引起的,毒素、遗传疾病。ADSC-based疗法是一种很有前途的替代治疗这些疾病。ADSCs可以分化成几种类型的肝细胞和分泌凋亡或抗炎因子,从而促进肝损伤的治疗149年,150年]。
缺血再灌注损伤(IRI)是一个普遍的肝脏手术的并发症,常导致术后并发症和肝功能异常。通用电气等人ADSCs注入部分腹腔镜肝切除术后的肝实质(151年]。ADSC治疗增加超氧化物歧化酶的活性和抑制髓过氧物酶和丙二醛的生成,从而减少氧化应激。此外,ADSC治疗导致不良血液指标的水平明显下降,如天冬氨酸转氨酶(AST)、丙氨酸转氨酶(ALT)、总胆红素(T-BIL)和乳酸脱氢酶(LDH)。不同的研究报道,ADSCs抑制炎性细胞因子如il - 1的水平β、il - 6和TNF,加强抗炎因子的分泌il - 10和HGF和细胞周期蛋白D1的再生的因素,从而改善IRI-induced损伤(152年]。类似王亚南效应也被发现在其他试验(153年]。CCl四氯化碳(4-)诱导急性肝损伤模型,燕等人通过静脉注射ADSCs来评估其对急性肝损伤的影响(154年]。ADSC治疗的血清浓度降低ALT, AST, T-BIL和恢复肝脏结构和糖原合成能力的犬类动物模型。
肝纤维化是慢性肝病的常见结果和特点是肝细胞死亡,肝脏炎症和活化的肝星状细胞(hsc) [155年]。迄今为止的研究表明ADSCs抑制炎性细胞因子的表达和alpha-smooth肌肉actin-positive激活肝星状细胞的增殖156年]。浩和他的同事们研究发现,ADSC移植明显减毒肝纤维化通过抑制HSC增殖和促进HSC凋亡与创新领导力的动物4全身的肝纤维化(157年]。治疗肝脏疾病,通过预处理功能增强的ADSCs有更大的治疗效果。Forkhead框转录因子2 - (FOXA2) overexpressing ADSCs装载在PLGA支架明显减少坏死区域的大小和肝功能改善急性肝损伤模型(数据7(一)-7(c))。FOXA2-overexpressing实验组显示更大的糖原存储能力(图7(c)、i和ii)。坏死面积显著低于FOXA2-overexpressing ADSC /支架组比其他组(图7(c), 3)158年]。ADSCs hypoxia-conditioned媒体培养诱导抗氧化酶的表达和核转录因子红细胞2 2 (Nrf2),从而防止活性氧与在受伤的肝毒性159年]。许多临床试验已经证实的疗效和安全性设计ADSCs肝硬化患者或阿尔夫。在这些试验中,ADSC移植没有提高任何安全问题。此外,对肝脏功能的测试,如13C methacetin呼吸测试,METAVIR得分,儿童得分,MELD分数,取得了积极成效(160年,161年]。相结合,这些发现表明,ADSC移植是一种很有前途的治疗肝损伤的治疗选项。然而,额外的临床试验样本量大,需要令人信服地表明使用ADSCs的好处。
3.8。皮肤伤口愈合
临床前和临床试验最近大大提高使用ADSC治疗严重烧伤的治疗和棘手的溃疡162年),其中包括许多可溶性的互动因素和多个生物学途径的激活。从ADSCs Angiogenesis-related细胞因子释放,如g - csf, PDGF, SDF-1, VEGF, b-FGF, HGF, MMP的il - 6,和引发,促进伤口的恢复血液供应(163年]。ADSCs不仅可以提高成纤维细胞的迁移和增殖抑制胶原蛋白沉积和的表达α平滑肌肉肥厚性瘢痕成纤维细胞中肌动蛋白(164年]。ADSCs分化成皮肤干细胞,促进自体皮肤干细胞的积累通过上皮生长因子受体/甲乙酮/细胞外调节蛋白激酶(EGFR / MEK / ERK)途径加快伤口愈合(数字8(一个)- - - - - -8 (c))。熊等人建立了海水的伤口模型(SW)浸泡,并与正常的伤口愈合。结果表明,表皮生长因子的蛋白表达水平明显高于控制和SW + ADSC组比西南组或SW + DMEM组(图8 (b))。皮肤伤口部分的显微观察表明,西南和SW + DMEM组明显比在控制和SW薄+ ADSC组(图8 (c))[165年]。在伤口愈合,减少伤口炎症与巨噬细胞极化的开关从促炎(M1) prorepair (M2)表型(166年]。然而,当地ADSC注入的考试总是显示细胞生存能力降低,随之而来的剪切应力在治疗。
(一)
(b)
(c)
ADSCs结合脚手架大幅提高增殖,分化,ADSCs旁分泌信号的能力。李等人发现ADSCs播种在胶原蛋白三维支架能够更好地分化成角化细胞和上皮细胞比播种在二维生态位(167年]。一个原位形成水凝胶系统,可以很容易地覆盖不规则波状外形的烧伤伤口明显增强的新血管形成,加速伤口闭合,和减少疤痕形成168年]。一个非细胞真皮基质(ADM)结合ADSCs减毒炎症在糖尿病伤口和促进伤口愈合。同时,免疫组织化学染色后ADM-ADSC治疗显示EGF的表达增加,ki - 67, prolyl 4-hydroxylase和CD45的表达式169年]。丁等人利用Bcl-2-modified ADSCs嵌入胶原蛋白支架治疗糖尿病伤口。这个框架显著提高伤口愈合,促进新血管形成,缩短愈合时间与对照组相比(170年]。ADSC-based疗法和游离scaffold-free文化系统修复伤口吸引了大量的关注。ADSC-derived上层清液刺激伤口愈合通过增加成纤维细胞的增殖,血管内皮细胞,角质细胞,细胞起源于人类皮肤(171年]。scaffold-free文化系统,称为脂肪干细胞表,可以抑制CCL2释放和巨噬细胞的招募通过分泌大量的C1q TNF-related 3 (C1QTNF3)伤口面积。此外,在第四周没有移植ADSCs被发现,从而减少不良与ADSC移植的长期副作用(172年]。ADSCs也证明有利于慢性放射性皮肤损伤和缺血再灌注损伤的皮瓣(173年- - - - - -175年]。
与动物实验相比,相对很少有临床试验进行评估ADSC治疗。乔等人使用ADSC移植修复面部皮肤缺损在四个病人和报道,缺陷迅速地覆盖了病人的再生组织(176年]。ADSC治疗也有效和安全的治疗10例使用时长达10年的辐射损伤的175年]。相比之下,一个临床研究177年)报道,一个用自体脂肪移植治疗是不足以改善小儿烧伤疤痕成熟,尽管这可能是由于小样本大小。这表明更精确和严格的试验需要评估治疗ADSCs对伤口愈合的影响。
3.9。其他ADSC-Based治疗方法
在过去的几年里,各种各样的方法,尤其是药物疗法,已经被提议作为治疗眼部疾病。尽管如此,目前仍缺乏有效的治疗角膜损伤和视网膜和视神经变性,和ADSC移植日益被用于这一目的。ADSC移植角膜上皮损伤,加速康复就是明证角膜上皮细胞的增殖,减少水平的炎症相关的细胞因子水平,并增加数量的M2巨噬细胞(178年]。到目前为止,使用ADSCs稳定视网膜微脉管系统的可行性已经决定性地建立在糖尿病性视网膜病变模型(179年]。
此外,ADSC-loaded胶原蛋白海绵是一种有效的策略来修复气管缺损,恢复纤毛的蠕动功能(180年]。同样,研究发现,ADSCs播种到RNA-bladder非细胞基质移植支架可以促进膀胱再生(181年]。目前的证据支持的可能性ADSC-based组织再生的治疗是一个重要的网站。
4所示。肿瘤侵袭性的潜在风险与ADSC-Cancer细胞相互作用有关
尽管大量的临床前和临床研究报告潜在的干细胞作为“现成的”治疗受损组织的修复和再生,ADSCs的临床应用仍有限。几项研究已经表明,乳腺癌细胞的增殖和侵袭性能力与ADSCs后增加交互。癌症干细胞,也被称为肿瘤起源细胞,代表一个族群的癌细胞显示长寿,drug-expelling和凋亡属性(182年]。陈等人发现,混合动力车通过ADSCs和乳腺癌细胞的自发融合表达乳腺癌干细胞的标记特征(183年]。此外,HIF-1的表达α/ VEGF诱导乳腺癌细胞的转移通过ADSC-released miR20b的差别,对这些基因的干细胞因子(SCF),这个过程是依赖于c - kit / p38-MAPK / E2F1的激活信号通路(184年)(图9)。ADSCs与上皮间充质转变的激活(EMT),开关的另一个关键的一步走向更具有攻击性的表型。ADSCs可以刺激EMT-associated转录因子的表达,可能通过TGF -β/ SMAD-dependent和SMAD-independent磷脂酰肌醇3激酶(PI3K / AKT信号通路(185年)(图9)。
ADSCs procarcinogenic作用的结果在实验室研究似乎矛盾的临床报告。RESTORE-2试验,67年招收患者接受ADSCs术后乳房重建的缺陷(186年]。没有治疗相关的严重不良事件或当地癌症复发在后续报道。临床数据的肿瘤安全性ADSCs主要是来源于女性乳腺癌患者,虽然后续时间已经足够长了。因此,还需要进一步的临床研究来确定ADSC-based再生疗法可以安全地用于治疗其他疾病。
5。当前的挑战和未来的发展方向
ADSC疗法的应用和发展提供更加系统和专业理论支持组织工程和再生医学:(1)丰富和便利,(2)免疫调节和抗炎作用,(3)自分泌和旁分泌功能通过趋化因子和生长因子的生成,和(4)能够分化成受损组织,瀑特异性细胞类型。然而,ADSCs没有现成的产品,和一些关键的挑战依然存在。
免疫反应性是最大的挑战之一。在ADSC文化,10 - 20%的边后卫或牛血清常用;然而,动物产品固有的风险仍然是一个问题。污染与病毒、朊病毒、支原体或身份不明的动物血清异基因的蛋白质有可能导致患者的免疫反应。此外,异型生物质生长因子可能打扰ADSC分化和增殖。因此,为了避免这些风险,无血清或xeno-free文化媒体没有动物血清应该发达。
转基因是一种广泛使用的工具,提高维修效率。病毒相关基因转染是基因治疗的主要扩展ADSCs的功能。然而,这个过程不可避免地与安全问题,包括免疫反应和vector-mediated基因毒性。后者可能表现为炎症、插入突变和激活protooncogenes [187年]。瘤形成主要发生由于启动子插入,基因转录的启动子的激活或截断。尽管经过多年的研究和大量的临床试验,只有两个基因疗法治疗,Glybera Strimvelis,已获批准临床使用,表明临床前和临床试验种群的选择是非常重要的,以确保有效性和安全性。
Hladik等人表明,骨髓间充质识别DNA双链断裂的能力正逐渐失去了在长期文化(188年]。另外,细胞遗传学改变的频率增加老化细胞,导致染色体不稳定。值得注意的是,受损的DNA损伤反应和染色体不稳定可能会增加肿瘤发生的风险(189年]。然而,ADSCs通常被认为是稳定的长期的文化在体外而细胞来自其他来源。李等人发现染色体畸变可以检测到经过20文化通道,而p53的基因表达水平和端粒酶逆转录酶保持稳定在所有段落(190年]。与ADSC变换,这仍然是一个有争议的问题,还需要进一步的实验来阐明这个问题。
考虑的费用和复杂性与ADSCs相关监管问题,很明显,大部分医生都不愿执行任何干细胞补充转移操作规程(27]。与此同时,自动化设备隔离ADSCs分为第三类医疗器械由美国食品和药物管理局(FDA),为临床应用程序不能批准。此外,FDA规定ADSC移植必须最小操纵,enzyme-free,用同样的手术。因此,enzyme-free,具有成本效益的、可再生的生产高质量ADSCs临床使用是迫切需要的。
除了上述挑战,生物材料及其在组织工程对ADSC的影响还需要更多的长期在活的有机体内实验。虽然生物材料生物相容性的,大部分地区都从动物和可能促使长期免疫反应(10]。此外,随着身体的文化时间的延长,生物材料将退化,分数可以作为宿主抗体诱发的免疫反应。从这个意义上说,进一步的前瞻性研究调查生物材料的安全性应该实施,之前在人类患者中的应用。
总之,还需要进一步的临床前和临床研究来确定ADSC-based疗法实现预期,可以用来重建受损的器官或组织来治疗疾病,目前的治疗是无效的。
6。结论
ADSC疗法的出现提供了一个组织再生的新手段。大量的临床和临床前研究证明了ADSCs重建和修复的重要作用靶器官,如骨、软骨、心肌、肝脏、神经系统,和皮肤。然而,许多安全问题需要亟待解决,从准备ADSCs他们的应用程序。此外,需要更多的研究来确定适当的支架和有效的诱导活性因素提供一个最佳的ADSC增殖和分化的微环境,并需要长期的研究,以确保implant-tissue交互,吸收,和层次结构,最后把它们变成一个临床可行的方法。由于临床前研究和临床试验之间的显著差异,致肿瘤性的ADSC分化需要进一步研究。尽管当前的挑战,在这个领域进展的速度表明ADSC-based方法将再生医学中扮演越来越重要的角色。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。
确认
这项工作得到了吉林省科技发展计划(20180201054 yy)。